INITIATIE BOUWFYSICA
1. Warmte (transport)
Inleiding Warmtetransport
Warmte:
Wat is warmte? -> Een vorm van energie met eenheid Joule [J]
Zal streven naar een evenwichtssituatie -> Ontstaat een warmtestroom van gebiden met
hoge temperatuur naar gebieden met een lagere temperatuur
Wat is temepratuur? -> maat voor hoe warm of koud iets is = maat voor de gemiddelde
bewegingsenerhie van atomen en moleculen (trillingen)
Temperatuur θ -> graden Celsius [°C]
Thermodynamische Temperatuur T -> Kelvin [K]
273,15 K = 0°C
Stroming = verplaatsing per tijd
Warmtestroom -> Transportmechaniscmen -> 3 soorten
1. Geleiding/ Conductie = Doorgeven van bewegingsenergie aan aangrenzende deeltjes (in
vaste stoffen)
2. Convectie = Meevoeren van warmte door een stromend fluïdum (in gassen/ vloeistoffen)
3. Straling = Uitstaling van warmte in de vorm van elktromagnetische golven. De hoeveelheid
‘warmte’ die uitgestraald wordt, is afhankelijk van de temperatuur van het voorwerp. (Geen
medium nodig)
• Warmte Q = een hoeveelheid energie in Joule [J]
• Warmtestroom of warmteflux Q’ of Φ (Phi) = een hoeveelheid energie per tijdseenheid =
[J/s] = [W]
• Warmtestroomdichtheid q = warmteestroom door een oppervlak = [(J/s)/m²] of [W/m²]
1ste Soort: Geleiding/ Conductie:
= Geleiding in materie -> overdracht van energie deeltje met meer thermische aggitatie (=trillen van
deeltjes) naar deeltjes met minder thermische aggitatie.
Hoe?
Bootsing tussen deeltjes
Migratie van vrije elektronen
Deeltjes trillen op hun plaats! -> geen beweging van massa in de richting van de energiestroom.
K/λ = warmtegeleidingscoeefficient (lambda-waarde)
-> hoe lager hoe beter iets isoleert!
𝑞𝑞 = −𝐾𝐾. ∇𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∇ = Temperatuur gradient (De temperatuurgradient is een gradient die beschrijft
in welke richting en hoe sterk de temperatuur op een bepaalde plek het snelst verandert. Deze
gradient is een dimensionale grootheid die bij gebruik van SI - eenheden wordt uitgedrukt in kelvin
per meter.)
,2de soort: Convectie:
= Verplaatsing van massa in een medium
h = warmteovergangscoëfficient ->
𝑞𝑞 = −𝐾𝐾. ∇𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∇ = delta -> Temperatuurverschil
Convector:
Een verwarmingselement dat sneller werkt dan een radiator.
In een convector zijn 2 soorten waterkanalen: 1 toevoer en 1 afvoer.
Conductie: water geeft warmte af
Natuurlijke convective: Convectie: lucht wordt opgewarmt
De drijvende kracht Verschil tussen gedwogen en natuurlijke convectie.
Warme lucht
Temperatuur omhoog Gedwogen convective:
Lagen h waarde De drijvende kracht
Extreme kracht
Bv. Ventilator
Hogere h waarde
3de soort: Straling:
= energie uitwisseling gebuerd onder de vorm van elektromagnetische golven. (zonder medium)
Eelk oppervlakte dat op een bepaalde temperatuur staat dat verschilt van het absolute
nulpunt straalt warmte uit. Alle oppervlakte stralen warmte uit en die worden ook bestraalt
door alle oppervlakte die zich erond bevinden.
Warmte overdracht door strling = netto straling
Verschil tussen ontvangen straling en uitgezonden straling van een oppervlak.
Hoeveelheid stralingswarmte per oppervlak:
𝑞𝑞 = 𝜀𝜀. Ơ. 𝑇𝑇 4
Ƹ = Emissiecoëfficient van een materiaal
Ơ = Constante van Boltzmann = 5,67.104 W/m².K (niet kennen)
T = Temperatuur
, Zwarte straler:
= object dat alle elektromagnetische straling dat erin valt absorbeerd.
Niet wordt gereflecteerd!
Het “ideale” -> Ideale ontvanger en uitzender
Reële strale -> Grijze straler -> Gaat slechts een klein gedeelte reflecteren.
Radiator:
Warmt ons sneller op maar de warmt de lucht minder snel op dan een convector.
Zorgt voor een aangenamere warmte.
Bij een radiator gaan de buizen door het systeem.
Er is meer stralingswarmte
Aangenamer gevoel dan bij convector maar warmt eigenlijk toch trager op.
Er is ook convectie maar minder + heel het oppervlakte wordt warm (is niet zo bij een
convector).
Warmtetransport:
Thermische geleidbaarheid of warmtegeleidingscoefficient lambda = materiaaleigenschap.
BV: een blikje laat meer warmte door dan een kartonnen beker.
Het is de hoeveelheid energie die per seconde door een vlak van 1m2 gaat bij een
eenheidsdikte van 1m, per graag temperatuursverschil = W/(m.K)
Hoe groter de lambda waarde (λ) hoe makkelijker doorlaatbaar.
Warmteweerstand R:
De warmteweerstand van een materiaallaag/lagen. -> constructie-eigenschap -> m2.K/W
Hoe groter R, hoe groter de weerstand die de warmtestoom ondervindt -> betere isolatie.
R = d/ λ -> R= dikte/lambda
Indien meerdere materiaallagen -> som van de lagen + overgangsweerstanden
Rsi = overgangsweerstand binnen = 1/hi met hi = overgangscoëfficient binnen
Rse = overgangsweerstand buiten = 1/he met he = overgangscoëfficient buiten
Richting van de warmtestroom
Opwaarts Horizontaal Neerwaarts
Rsi (m².K/W) 0,10 0 0,17
Rse (m².K/W) 0,04 0,04 0,04
Opwaarts = minste weerstand -> verloop = makkelijkst.
Neerwaarts = meer weerstand.
Rse -> gelijk en lager -> warmte transport door convectie = traag en natuurlijk.
1. Warmte (transport)
Inleiding Warmtetransport
Warmte:
Wat is warmte? -> Een vorm van energie met eenheid Joule [J]
Zal streven naar een evenwichtssituatie -> Ontstaat een warmtestroom van gebiden met
hoge temperatuur naar gebieden met een lagere temperatuur
Wat is temepratuur? -> maat voor hoe warm of koud iets is = maat voor de gemiddelde
bewegingsenerhie van atomen en moleculen (trillingen)
Temperatuur θ -> graden Celsius [°C]
Thermodynamische Temperatuur T -> Kelvin [K]
273,15 K = 0°C
Stroming = verplaatsing per tijd
Warmtestroom -> Transportmechaniscmen -> 3 soorten
1. Geleiding/ Conductie = Doorgeven van bewegingsenergie aan aangrenzende deeltjes (in
vaste stoffen)
2. Convectie = Meevoeren van warmte door een stromend fluïdum (in gassen/ vloeistoffen)
3. Straling = Uitstaling van warmte in de vorm van elktromagnetische golven. De hoeveelheid
‘warmte’ die uitgestraald wordt, is afhankelijk van de temperatuur van het voorwerp. (Geen
medium nodig)
• Warmte Q = een hoeveelheid energie in Joule [J]
• Warmtestroom of warmteflux Q’ of Φ (Phi) = een hoeveelheid energie per tijdseenheid =
[J/s] = [W]
• Warmtestroomdichtheid q = warmteestroom door een oppervlak = [(J/s)/m²] of [W/m²]
1ste Soort: Geleiding/ Conductie:
= Geleiding in materie -> overdracht van energie deeltje met meer thermische aggitatie (=trillen van
deeltjes) naar deeltjes met minder thermische aggitatie.
Hoe?
Bootsing tussen deeltjes
Migratie van vrije elektronen
Deeltjes trillen op hun plaats! -> geen beweging van massa in de richting van de energiestroom.
K/λ = warmtegeleidingscoeefficient (lambda-waarde)
-> hoe lager hoe beter iets isoleert!
𝑞𝑞 = −𝐾𝐾. ∇𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∇ = Temperatuur gradient (De temperatuurgradient is een gradient die beschrijft
in welke richting en hoe sterk de temperatuur op een bepaalde plek het snelst verandert. Deze
gradient is een dimensionale grootheid die bij gebruik van SI - eenheden wordt uitgedrukt in kelvin
per meter.)
,2de soort: Convectie:
= Verplaatsing van massa in een medium
h = warmteovergangscoëfficient ->
𝑞𝑞 = −𝐾𝐾. ∇𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∇ = delta -> Temperatuurverschil
Convector:
Een verwarmingselement dat sneller werkt dan een radiator.
In een convector zijn 2 soorten waterkanalen: 1 toevoer en 1 afvoer.
Conductie: water geeft warmte af
Natuurlijke convective: Convectie: lucht wordt opgewarmt
De drijvende kracht Verschil tussen gedwogen en natuurlijke convectie.
Warme lucht
Temperatuur omhoog Gedwogen convective:
Lagen h waarde De drijvende kracht
Extreme kracht
Bv. Ventilator
Hogere h waarde
3de soort: Straling:
= energie uitwisseling gebuerd onder de vorm van elektromagnetische golven. (zonder medium)
Eelk oppervlakte dat op een bepaalde temperatuur staat dat verschilt van het absolute
nulpunt straalt warmte uit. Alle oppervlakte stralen warmte uit en die worden ook bestraalt
door alle oppervlakte die zich erond bevinden.
Warmte overdracht door strling = netto straling
Verschil tussen ontvangen straling en uitgezonden straling van een oppervlak.
Hoeveelheid stralingswarmte per oppervlak:
𝑞𝑞 = 𝜀𝜀. Ơ. 𝑇𝑇 4
Ƹ = Emissiecoëfficient van een materiaal
Ơ = Constante van Boltzmann = 5,67.104 W/m².K (niet kennen)
T = Temperatuur
, Zwarte straler:
= object dat alle elektromagnetische straling dat erin valt absorbeerd.
Niet wordt gereflecteerd!
Het “ideale” -> Ideale ontvanger en uitzender
Reële strale -> Grijze straler -> Gaat slechts een klein gedeelte reflecteren.
Radiator:
Warmt ons sneller op maar de warmt de lucht minder snel op dan een convector.
Zorgt voor een aangenamere warmte.
Bij een radiator gaan de buizen door het systeem.
Er is meer stralingswarmte
Aangenamer gevoel dan bij convector maar warmt eigenlijk toch trager op.
Er is ook convectie maar minder + heel het oppervlakte wordt warm (is niet zo bij een
convector).
Warmtetransport:
Thermische geleidbaarheid of warmtegeleidingscoefficient lambda = materiaaleigenschap.
BV: een blikje laat meer warmte door dan een kartonnen beker.
Het is de hoeveelheid energie die per seconde door een vlak van 1m2 gaat bij een
eenheidsdikte van 1m, per graag temperatuursverschil = W/(m.K)
Hoe groter de lambda waarde (λ) hoe makkelijker doorlaatbaar.
Warmteweerstand R:
De warmteweerstand van een materiaallaag/lagen. -> constructie-eigenschap -> m2.K/W
Hoe groter R, hoe groter de weerstand die de warmtestoom ondervindt -> betere isolatie.
R = d/ λ -> R= dikte/lambda
Indien meerdere materiaallagen -> som van de lagen + overgangsweerstanden
Rsi = overgangsweerstand binnen = 1/hi met hi = overgangscoëfficient binnen
Rse = overgangsweerstand buiten = 1/he met he = overgangscoëfficient buiten
Richting van de warmtestroom
Opwaarts Horizontaal Neerwaarts
Rsi (m².K/W) 0,10 0 0,17
Rse (m².K/W) 0,04 0,04 0,04
Opwaarts = minste weerstand -> verloop = makkelijkst.
Neerwaarts = meer weerstand.
Rse -> gelijk en lager -> warmte transport door convectie = traag en natuurlijk.
